銦鎵鋅氧化物半導體器件制備與性能研究.pdf

1、隨著大尺寸的顯示器和有機發光二極管的發展，傳統的晶體硅薄膜和有機薄膜晶體管已經滿足不了現代顯示的要求。作為薄膜晶體管的核心組成，特別是現代透明顯示技術，非晶態銦鎵鋅氧化物（a-IGZO）薄膜作為薄膜晶體管的溝道層成分正越來越受到廣泛的關注。由于其優越的性能：高遷移率、均一性好、制備溫度低和良好的光學透過性，被選為下一代主流的晶體管溝道層材料。為了制備出性能優異的薄膜晶體管，本文著重分以下幾個部分探討以a-IGZO為溝道層的薄膜晶體管的制

2、備與性能研究。
　　采用磁控濺射的方法在室溫下超高真空（Ultra-high Vacuum）中制備出一系列不同氧含量的IGZO薄膜并對薄膜進行一系列表征：XRD結果表明室溫下不同氧含量下磁控濺射制備出的 IGZO薄膜均為非晶結構；不同工藝下制備出的IGZO薄膜其在可見光波段透過率均超過80％，并且得知在純 Ar下制備出的IGZO薄膜其光學禁帶寬度為3.20eV，在氧含量為10%的氣氛下制備出的IGZO薄膜光學禁帶寬度為3.47eV

3、；通過氧含量的改變實現了 IGZO薄膜電阻率由10-4-106(Ω·cm)的變化，載流子濃度由1019(cm-3)降低至1011(cm-3)。
　　進一步地，我們采用底柵頂接觸結構制備出了“FTO-HfO2-IGZO-Al”薄膜晶體管器件。研究了不同氧含量制備的IGZO薄膜對薄膜晶體管性能的影響。研究表明對于不同IGZO薄膜晶體管，其10%氧含量下制備出的晶體管擁有低的關閉電流10-9A，高的飽和遷移率10.4cm2/V·s，閾值

4、電壓更接近0V。實驗對比了不同的溝道寬長比對器件性能的影響，實驗表明，采用掩膜版的方法在襯底上固定有特定圖案的金屬掩膜版，形成小面積的溝道層，有效防止了電極邊緣電場對溝道層電子傳輸的影響，減小了不同寬長比對薄膜晶體管性能的影響。實驗還對比了不同漏源電極（Cu、Al、ITO）對器件性能的影響，實驗結果表明ITO、Al電極作為IGZO薄膜晶體管的漏源電極其器件性能最優。
　　為得到高性能的薄膜晶體管，本文采用雙層IGZO結構，在載流子